仿生四足机器人因其较强的环境适应能力和出色的运动能力,成为发展前景非常广阔的特种机器人。被应用于抢险、救灾、军事等领域,因此它的研究具有很高的军用和商业价值。本课题设计了一种将串并混联机构作为腿部构型的新型仿生四足机器人,使其具有工作空间大和承载能力强的特点。具体研究内容如下:(1)通过对四足哺乳动物马的身体结构和运动特性进行分析,总结出仿生四足机器人结构设计时应遵循的一些原则,并在此基础之上对腿部构型进行分析,设计一种具有串并混联结构的新型仿生机械腿,验证了机械腿自由度数量,完成了四足机器人整体结构设计。(2)采用解析法与闭环矢量法建立腿部机构的运动学方程,并通过Adams与Matlab进行对比仿真实验,验证了运动学方程的正确性;在运动学方程正确的基础上推导了腿机构的速度雅克比矩阵,并通过雅克比矩阵得到了机器人腿机构的奇异位形;最后采用蒙特卡洛法分析求得了机器人腿机构的工作空间。(3)基于零冲击原则设计了高次多项式,分段高次多项式以及复合摆线下的足端运动轨迹,规划了机器人的行走步态与躯体重心运动轨迹,使用Adams软件对理论规划进行了仿真验证,得到了理论数据与样机仿真之间的数值误差,证明了机器人步态规划与躯体重心轨迹规划的正确性。(4)在验证机器人步态规划正确的基础上,定义了移动机器人的能耗率指标。首先建立机器人摆动相与支撑相的动力学模型,然后利用Adams软件分析足端运动轨迹步态参数与机器人移动能耗率之间的影响关系,最后总结出步态参数与机器人能耗之间的规律,为机器人的节能行走奠定基础。(5)在机器人原样机模型的基础上对机器人腿部进行重新建模,将刚性腿改为弹性腿。在Adams软件环境中进行虚拟样机仿真,并将仿真数据结果与未安装弹簧减震系统时的仿真结果进行对比。对比结果显示加入弹簧后的机器人移动能耗率明显降低,节能效果显著。最后选取弹簧刚度系数、阻尼系数、弹簧长度以及弹簧预压缩力为研究对象,研究以上参数数值变化与机器人移动能耗率的影响关系,并根据仿真数据结果确定了使机器人移动能耗率最低的参数取值区间,为样机的弹簧选型和设计奠定基础。